低碳背景下汽车尾气排放的控制办法

沈法鹏

（山东交通职业学院，山东 潍坊 261206）

前言

汽车尾气排放问题在世界各地引起了广泛关注，尽管各个国家通过运用各种方法想要减少汽车尾气排放量，但收效甚微。随着尾气排放量的增加，为了满足排放标准，技术人员不仅需要对汽车进行技术改造，还需要加强研究新型技术，而新排放标准的实施对汽车综合技术又提出新的挑战。通过对汽车尾气排放控制技术进行分析，找出其技术的优缺点，并结合新型技术的发展趋势，提出需要改进的措施具有重要意义。

1 汽车尾气污染的危害

汽车在燃油的过程中通过曲轴箱、排气管以及燃油系统将尾气排放到大气中，同时其蒸发的污染物也会造成大气污染。据环保局2014年颁布的汽车污染防治标准中提出，CO、HC、NO2、PM 是汽车尾气中含有的四大主要污染物质，这四大污染物在 2013年达到近5万吨的污染指数，所排放的CO和NO2总量达到80%，对空气造成了严重污染[1]。

2 低碳背景下汽车尾气排放所存在的问题

2.1 稀然技术

稀燃技术三种燃烧系统的优缺点详见下表1。

稀烧技术存在的缺陷体现为混合气点火方法比较复杂，通常要靠近火花塞的间隙，混合气浓度足以使混气点燃。由于火焰核心的间隔比火花塞大得多，一旦火焰燃烧，它的火焰扩散到稠密的燃烧室气体。在早期GDI的开发过程中，重点研究了在热状态下可燃物能长期点燃的一种火烧系统，虽然该系统易于点燃稀薄气体的混合物，但它可以很容易点燃。

表1 稀燃技术不同燃烧系统的优点与缺点

2.2 点火技术

随着汽车电器的逐步电子化，传统的点火系统由于自身的局限性已经不能满足现代高速发动机的点火要求，电子点火系统正迅速向微机控制的电子自动点火系统发展。电子点火系统（以霍尔式为例）与微机控制点火系统的对比从模拟计算机到数字计算机，实现了点火控制的电子化与智能化的功能[2]。

由于车辆发动机工况变化较为频繁，加大了燃烧过程中的复杂性以及检测的难度性，很难建立准确的模型。传统方法适应不了极其复杂的环境，很难达到适量管理集中化，现在研究者们正在寻找新型的控制方法。

2.3 空燃比控制技术

以三效催化转化器、氧传感器和电控燃油喷射系统的闭环控制为代表的空燃比控制技术，它可以准确判断实际空燃比是丰富还是贫乏，从而控制喷油量的增加或减少。然而一些发动机的工作条件都应用开环控制，需要非理论的空燃比运行。所以无论是进入开环控制或者是进入闭环控制发动机都需要根据ECU的相关输入信号进行确定。

2.4 三效催化技术

贵金属复合氧化物和稀土金属氧化物三效催化转化器的分析，为了提高三效催化转化器的转化效率，催化转化器必须达到一定的催化剂点火温度才能达到较高的净化率，这意味着冷启动后一段时间内污染物的排放量是无法减少的，特别是混合气增浓辅助冷启动增加了未燃 HC排放[3]。在暖机过程中，CO、HC和NO的排放量分别占城市行驶工况总排放量的72%、81%和84%。催化转化器的电加热虽然可以大大缩短催化剂达到起燃温度的时间，但加热催化剂的电功率增加了额外的油耗，电加热催化剂的使用寿命有待进一步提高。

3 低碳背景下汽车尾气排放解决措施

3.1 稀然技术

通过对其技术分析得出以下改进措施：（1）可以适当减小喷油器的倾角，提高燃烧稳定性。（2）为了提高 NOX转化效率，采用了一种新型的选择性还原稀燃NOx催化剂。（3）HCCI技术应在以下方面进行改进：在工况变化时保持适当的点火正时，发展先进的冷启动方法。（4）对发动机系统与控制策略的开发，在产品车辆负载速度范围内对燃烧优化进行保持，从而开发适合的燃料系统与典型的燃烧模式数值计算模型有很大成就[4]。（5）计算机可以用来模拟燃料和空气进出燃烧室的流动。（6）气缸和活塞需要更换，发动机电控系统的硬件也需要改进。（7）实现均质混合气压力燃烧可以在缸内直喷稀薄燃烧系统的基础上进行，这不仅能精准的对混合气空燃比进行控制，还可以使均质混合气压力燃烧系统在空燃比范围内稳定。

3.2 点火技术

通过对以上技术的分析可以得出以下改进措施：（1）利用漩涡进行多点点火，改进点火电极形状。（2）通过反馈控制，对火花点火式的点火与曲轴转角的最佳控制时间。（3）改善火花塞在发动机中的位置以优化它。同时在每个气缸上都需采用独立的点火圈，便于提升放电电流以及放电时间[5]。（4）提高转速，使用稀薄的混合物，适当推迟点火时间，提高润滑油温度。（5）采用新技术改造火花塞，采用耐用材料作为电极，可以将其分成两段，在绝缘体与电极之间产生感应，并进行电晕放电，这样可以有效地将绝缘子上的积碳进行去除。（6）将模糊逻辑和神经网络技术应用于点火控制。神经网络可以应用于点火装置的研究。

3.3 空燃比控制技术

对以上分析有得出的改进措施可归纳为：混合气空燃比不能采用单一的闭环控制，应采用开环与闭环相结合的策略，这样对发动机在各种工况下都能满足[6]。同时，研制出更先进的氧传感器，有效减少有害物质的排放。

3.4 三效催化技术

通过分析可以得出以下改进措施：（1）从净化催化剂的组成上，应发展为稀土催化剂等优质、低成本的催化剂，进一步降低后处理技术成本。（2）催化剂前可添加一些特殊材料（如沸石）。当排气温度过低，催化剂不能有效工作时收集HC。在较高的温度下，催化剂可以起到一定的作用，当HC转换时，HC被释放。（3）在主催化转化器前面安装一个小型催化转化器，并使用金属作为连接到催化剂上的托架。这样当电流经过时支架可以快速加热，在几秒内是催化剂达到理想的工作温度[7]。（4）先进的结构应用于催化涂层，创造一个小环境的丰富燃烧。在这种小环境下，废气中的碳氢化物可以将氮氧化物还原为氮气，并保持整个废气的频繁稀燃状态。

4 结束语

总之，先进的汽车排放控制技术是控制汽车尾气排放、改善环境的重要途径。目前，我国的控制技术落后于世界汽车强国，促使研究者尽快提高技术水平，应用于实践。本文总结和分析了几种常用的汽车尾气排放控制技术，并得出了相应的结论与改进措施，具有一定的理论和研究价值。但这些方法在我国的汽车尾气污染控制中还远远不够。我国必须在引进国外先进技术的同时，结合我国的实际情况，进行大量的分析研究，力争尽快减轻汽车尾气污染对人类的危害。